2014年1月16日 星期四

C# Design Pattern - Proxy Pattern 代理模式

代理模式如同字面上的意思,當想要做某件事的時候(ex:買衣服),不直接存取原始物件(直接找工廠),而是透過代理的管道(代理商)來處理。有以下主要的特點:

  • 遠端代理(Remote):代理遠端程時執行,例如可以透過WebService的WSDL定義產生中介檔的函式庫,透過這個函式庫就可以存取WebService。
  • 虛擬代理(Virtual):將需要秏費大量時間或是複雜的實體,利用代理模式的物件代替。
  • 安全代理(Protect or Access):控制物件存取時的許可權。
  • 智慧參考(Smart Reference):提供比原有物件更多的服務。


在物件導向系統中,由於有些物件創建的開銷很大,或者某些操作需要安全控制,或者需要進程外的訪問等,直接訪問會給使用者、或者系統結構帶來很多麻煩。

如何在不失去透明操作物件的同時來管理/控制這些物件特有的複雜性,增加一層間接層是軟體發展中常見的解決方式。



基本程式結構範例:
using System;
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        IService proxy = new ProxyService();
        proxy.DoWork();
    }
}

interface IService
{
    void DoWork();
}

class ProxyService : IService
{

    private RemoteService _rs;

    public ProxyService()
    {
        _rs = new RemoteService();
    }

    public void DoWork()
    {
        _rs.DoWork();
    }

}

class RemoteService : IService
{
    public void DoWork()
    {
        Console.WriteLine("Hello Proxy Pattern");

    }

}

Proxy Pattern提供一個仲介以控制對這個物件的訪問。一張支票或銀行存單是帳戶中資金的代理。支票在市場交易中用來代替現金,並提供對簽發人帳號上資金的控制。

在軟體系統 中,當存取網路上一台電腦的資源時,是正在跨越網路障礙,當去存取伺服器上資料庫時,又在跨越資料庫存取障礙和網路障礙。跨越這些障礙有時候是非常複雜的,如果t可以去關注處理這些障礙問題,可能就會忽視了本來應該關注的業務邏輯問題,Proxy模式有助於解決這些問題。以一個簡單的數學計算程式為例,這個程式只負責進行簡單的加減乘除運算:


public class Math
{

    public double Add(double x, double y)
    {
        return x + y;
    }

    public double Sub(double x, double y)
    {
        return x - y;
    }

    public double Mul(double x, double y)
    {
        return x * y;
    }

    public double Dev(double x, double y)
    {
        return x / y;
    }

}

如果說這個計算程式部署在本地電腦上,使用就非常之簡單,不用去考慮Proxy模式。但現在問題是這個Math類並沒有部署在本地,而是部署在一台伺服器上,也就是說Math類別根本和客戶程式不在同一個位址空間之內,現在要面對的是跨越Internet這樣一個網路障礙:


public class App
{
    public static void Main()
    {
        Math math = new Math();

        double addresult = math.Add(2, 3);

        double subresult = math.Sub(6, 4);

        double mulresult = math.Mul(2, 3);

        double devresult = math.Dev(2, 3);
    }

}

為了解決由於網路等障礙引起複雜性,就引出了Proxy模式,使用一個本地的代理來替Math類打點一切,即為系統引入了一層間接層,示意圖如下:


在MathProxy中對實現Math資料類的訪問,讓MathProxy來代替網路上的Math類別,這樣MathProxy就好像是本地Math類別,它與客戶程式處在了同一位址空間內:

public class MathProxy
{
    private Math math = new Math();
    public double Add(double x, double y)
    {
        return math.Add(x, y);
    }

    public double Sub(double x, double y)
    {
        return math.Sub(x, y);
    }

    public double Mul(double x, double y)
    {
        return math.Mul(x, y);
    }

    public double Dev(double x, double y)
    {
        return math.Dev(x, y);
    }

}

現在已經實現了對Math類的代理,存在的一個問題是在MathProxy類別中調用了原實現類Math的方法,但是Math並不一定實現了所有的方法,為了強迫Math類別實現所有的方法,另一方面,為了更加透明的去操作物件,在Math類和MathProxy類別的基礎上加上一層抽象,即它們都實現與IMath介面,示意圖如下:


public interface IMath

{

    double Add(double x, double y);

    double Sub(double x, double y);

    double Mul(double x, double y);

    double Dev(double x, double y);

}



Math類和MathProxy類分別實現IMath介面:



public class MathProxy : IMath { }


public class Math : IMath { }

此時我們在客戶程式中就可以像使用Math類一樣來使用MathProxy類了:

public class App

{

    public static void Main()

    {

        MathProxy proxy = new MathProxy();

        double addresult = proxy.Add(2, 3);

        double subresult = proxy.Sub(6, 4);

        double mulresult = proxy.Mul(2, 3);

        double devresult = proxy.Dev(2, 3);

    }

}

到這兒整個使用Proxy模式的過程就完成了,這樣的解決方案,無非是在客戶程式和Math類之間加了一個間接層,這是比較常見的解決問題的方法。另外,對於程式中的介面Imath,並不是必須的,大多數情況下,為了保持對物件操作的透明性,並強制實現類別實現代理類所要調用的所有的方法,會讓它們實現與同一個介面。

代理模式實現要點:

1.遠端(Remote)代理:為一個位於不同位址空間的物件提供一個局域代表物件。這個不同的位址空間可以是在本機器中,也可是在另一台機器中。遠端代理又叫做大使(Ambassador)。好處是系統可以將網路的細節隱藏起來,使得用戶端不必考慮網路的存在。客戶完全可以認為被代理的物件是局域的而不是遠端的,而代理物件承擔了大部份的網路通訊工作。由於客戶可能沒有意識到會啟動一個耗費時間的遠端調用,因此客戶沒有必要的思想準備。
2.虛擬(Virtual)代理:根據需要創建一個資源消耗較大的物件,使得此物件只在需要時才會被真正創建。使用虛擬代理模式的好處就是代理物件可以在必要的時候才將被代理的物件載入;代理可以對載入的過程加以必要的優化。當一個模組的載入十分耗費資源的情況下,虛擬代理的好處就非常明顯。
3.Copy-on-Write代理:虛擬代理的一種。把Clone拖延到只有在用戶端需要時,才真正採取行動。
4.保護(Protect or Access)代理:控制對一個物件的訪問,如果需要,可以給不同的用戶提供不同級別的使用權限。保護代理的好處是它可以在執行時間對用戶的有關許可權進行檢查,然後在核實後決定將調用傳遞給被代理的物件。
5.Cache代理:為某一個目標操作的結果提供臨時的存儲空間,以便多個用戶端可以共用這些結果。
6.防火牆(Firewall)代理:保護目標,不讓惡意使用者接近。
7.同步化(Synchronization)代理:使幾個使用者能夠同時使用一個物件而沒有衝突。
8.智慧引用(Smart Reference)代理:當一個物件被引用時,提供一些額外的操作,比如將對此物件調用的次數記錄下來等。

-雲遊山水為知已逍遙一生而忘齡- 電腦神手

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